电机与拖动
2021-10-16 15:25:29 27 举报AI智能生成
电机与拖动
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大纲/内容
电机与拖动
第一章电机学入门知识
磁路的基本概念及物理量
磁路：磁通通过的路径
磁密B：磁感应强度
磁通
磁导率：真空(空气)的磁导率为一个很小的常数铁磁材料的磁导率不是一个常数，会随磁通的饱和程度变化而变化
磁场强度H，应当注意的是H与介质的磁导率无关
铁磁材料的特性：高导率型，饱和性，磁滞现象
铁心损耗
涡流损耗和磁滞损耗
这两种损耗分别有什么有关
变压器为什么使用硅钢片：减小涡流损耗，硅钢片加入硅增加了电阻，厚度小减小了涡流损耗
常用的电工定律
磁路基尔霍夫第一定律
磁路基尔霍夫第二定律，又叫安培环路定理
磁动势F的大小和方向：和磁场磁场方向相同
磁路欧姆定律
磁阻Rm的概念和计算公式，应当注意的是，Rm不是常数，会随磁导率的变化而变化磁阻Rm是反应磁路对磁通的阻碍作用
电磁感应定律
磁路和电路的比较：磁通类似电流，磁阻类似电阻
第二章直流电机
直流电机的基本工作原理和结构
直流电动机
工作原理：电动机克服反电动势而产生电磁转矩带动负载工作
换向片和电刷的作用：逆变：将转子电流变为交流电
反电动势的概念
直流发电机
工作原理：发电机在外力拖动下克服电磁转矩做功从而产生电能
电刷和换向片的作用：整流：将转子中的交流电输出为直流电
直流电动机的结构
转子中的换向器：有换向片组成，换向片之间绝缘换向片数量和线圈元件数相等
电刷的位置
实际应设在主机轴线下的换向片上，简化图中的电刷位置在几何中心线上的元件上
直流电机的励磁方式和额定数据
额定电压，额定电流，额定功率（对于发电机和电动机都是指输出功率），额定转速
励磁方式
他励
并励
串励
复励
如何改变并励，串励，积复励直流电动机的转向
原理：即改变电磁转矩方向，只需改变磁场方向或者电枢电流方向其中一个
方式
串励和并励：将电枢绕组接线端对调或者励磁绕组接线端对调
积复励：电枢绕组对调
直流电机绕组
型式有叠绕组，波绕组，混合绕组，叠绕组又有单叠，复叠，波绕组又有单波，复波
单叠绕组的合成节距为正负1
极距：一个磁极所占的距离，极对数P，并联支路对数a对于单叠绕组并联支路数=级数，即a=P实槽和虚槽的概念，元件数S，总导体边数Z，磁极轴线
直流电机的磁场
空载磁场，磁密为平顶波
电枢磁场：两主磁极间的几何中心线处磁动势最大，而在磁极轴线下，磁动势为零电枢磁密呈马鞍形
电刷在几何中心线
此时为交轴电枢反应
使气隙磁场发生畸变
使物理中性线偏移（气隙磁场磁密为0的位置）
主磁通饱和时对主磁场的去磁作用
电刷不再几何中心线
交轴电枢反应
直轴分量的电枢反应
电顺增，发逆增
直流电机的基本方程式
电枢电动势和电磁转矩的计算公式
电动势常数和电磁转矩常数
电动势平衡方程式
电磁转矩平衡方程式
功率平衡方程式
输入功率的分配情况
空载损耗P0由那几部分组成
空载损耗P0位不变损耗，铜耗为可变损耗(这里的变与不变指的是会不会随负载变化而变化)
电磁功率的两种求法
直流电动机的工作特性
应当注意他(并)励电动机在运行时，励磁绕组不允许断开，否则造成飞车串励直流电动机不允许在空载或轻载下运行，否则会造成飞车(都是不能是励磁磁通为0或接近0，这样转速很大)
第三章直流电动机的电力拖动
电力拖动系统的动力学基础
转矩平衡方程式(判断处于加速，减速，匀速状态)
电磁转矩和负载转矩的正负判断
负载的转矩特性
具体含义：指的是转速n和负载转矩的关系
分类
恒转矩负载
位能性负载
负载转矩与转速的关系
反抗性负载
恒功率负载
负载转矩与转速成反比
泵与风机类负载
负载转矩与转速的平方成正比
他励直流电动机的机械特性
固有机械特性
指的是什么：额定电枢电压，额定励磁磁通，电枢回路不串电阻时的机械特性他励直流电动机的固有机械特性较硬
人为机械特性
降电枢电压
电枢回路串电阻
弱磁
电力拖动系统稳定运行的条件
对于恒转矩负载，电动机要有向下的机械特性
他励直流电动机的起动
起动方式
直接起动
起动电流一般为额定电流的10到20倍，电流过大将会影起电网电压下降
降压起动
电枢回路串电阻起动
他励直流电动机的调速
调速的前提：负载转矩不变
调速重要指标
调速范围D
静差率(相对稳定性)
调速范围和静差率的关系
静差率小，调速范围也小，即相对稳定性提高了，但调速范围变小因此一般在保证·静差率在一定范围内，再扩大调速范围
调速方式
降电源电压调速
转速只能往下调
电枢回路串电阻调速
弱磁调速
一般来说转速只能往上调
三种调速方式调速范围最广的是降压调速
调速方式与负载类型配合
恒转矩负载采用电枢回路串电阻或降压调速
恒功率负载采用弱磁调速
他励直流电动机的制动
电机运行状态
电动运行状态
电磁转矩为驱动转矩
制动运行状态
电磁转矩为制动转矩
制动的三种方式
能耗制动
做了什么操作
为什么要串电阻
制动时电机处于发电机状态(为制动运行状态的一种)：电流反向，感应电动势方向不变，为反电动势
能量转换：将系统的动能转换成电能消耗在电枢回路上的电阻上
不同负载性质的运行情况
实现准确停机即转速降为0时停机
实现稳速下放
反接制动
反接正转(电枢反接)
能量转换：电网还是输入电能，系统的动能，如果是位能性负载还可能有部分重力势能转换成的电能消耗在电阻上
不同负载的情况
转速为零时的电磁转矩<=TL，将停转
最终达到平衡时以高速度下放（>理想空载转速）
正接反转
做了什么操作：串了一个较大的电阻
能量转换：电网输入的电能和重力势能转换的电能都消耗在电阻上因此此种方式消耗最大
只适用于位能性负载
回馈制动
特点：转速比理想空载转速大
能量转换：电动机轴上的机械能(应该为重力势能那部分)转换成电能回馈至电网
是三种方式中能耗最小的
第四章变压器
变压器的用途，分类与结构
变压器铁心由硅钢片叠装而成
额定电压U1N/U2N，额定电流I1N/I2N，额定容量，短路阻抗标幺值或阻抗电压uk的具体含义
变压器的运行分析
变压器一次侧和二次侧电压，电流，电动势，磁通的参考方向的判断
变压器的空载运行
此时的等效电路是什么
根据等效电路求各电路量
变压器的励磁电流
主磁通随时间变化为正弦波，电流随时间变化为尖顶波
励磁电流超前主磁通一个角度，这个角为铁耗角，即励磁电流可分解为两个分量，一个用来产生励磁，一个用来铁耗
励磁电阻Rm的物理意义，励磁电抗与漏电抗的大小关系励磁电抗Xm不是常数随主磁通的饱和程度变化而变化，漏电抗是一个很小的常数
变压器的负载运行
此时的等效电路是什么(T型等效电路)
与空载运行的区别(二次侧)
二次侧向一次侧折算
折算的原则：保持磁动势关系和功率关系不变
折算前后二次侧电压，电流，电阻的关系
变压器参数的测定
空载试验
在低压侧做
测得的功率近似为铁耗
短路试验
在高压侧做
测得的功率近似为铜耗
标幺值
标幺值的定义
相电压/线电压，相电流/线电流，功率，阻抗的基值其中阻抗的基值是相值，为相电压/相电流
标幺值的优点
短路阻抗标幺值与短路电压标幺值，阻抗电压uk相等(uk是铭牌数据之一)
变压器的运行性能
电压变化率
为什么U2N与端电压U2有差值(电阻和漏阻抗分压)
电压变化率的计算公式
不同负载对电压变化率的影响其中带容性负载可能使电压变化率为负或0
变压器的效率
效率的测定：工程上通过测出空载损耗P0和短路损耗Pk来计算效率P0为不变损耗，铜耗随负载的变化而变化，与电流的平方成正比
效率的计算公式
什么时候效率最高：铜耗=铁耗，即β=根号P0/pk
三相变压器的连接组别
连接组别的表示形式，里Y/Y 3
连接组号的判断：通过画相量图看Eab滞后EAB的角度/30度
画相量图应该注意A与a重合
根据连接组号画连接图
同名端反相组号+6，每交换一次次序+4
变压器的并联运行
满足的三个条件
各变压器连接组号相同(必须满足)
不相等产生的环流非常大
各变压器的变比相等
为什么要相等：不相等会产生环流
各变压器阻抗标幺值相等
为什么要相等
负载按容量成正比例分配
变压器分担的负载大小与阻抗标幺值的关系
第五章交流电机旋转电机的共同理论
第六章三相异步电机
异步电机的分类，结构，额定值
异步电机电枢为定子而不是转子
额定电压，额定电流，额定功率，额定转速，额定功率因数的具体含义
三相异步电机的工作原理和运行状态
异步电动机是如何转动起来的，同步转速与转子转速的大小关系
如何根据旋转磁场旋转方向和磁场方向判断感应电动势，转子电流，电磁转矩，转子转速的方向
三种运行状态电动机状态，发电机状态，电磁制动状态的判断依据
电机转子静止是的电磁关系
开路时
此时转子无电流，等效电路是什么
转子堵转(短路)时
堵转的意思
转子绕组的折算：电压，电流，电阻折算前后的关系
定子磁动势F1和转子磁动势F1转速方向的判断及二者的转速关系
电机转子旋转时的电磁关系
对比与转子静止时，转子频率发生了变化，而这个变化又导致转子侧那些量发生了变化(电动势，电流，电阻，漏电抗，功率因数）
此时定子磁动势F1和转子磁动势F2二者的转速关系与静止时一样吗
转子绕组的折算
频率的折算、
折算满足的原则是什么
绕组的折算
折算的原则是什么
三相异步电机的功率与转矩
功率关系
输入功率转化成那几部分及各部分功率之间的关系
转子侧铁耗为什么能忽略
转矩关系
转矩平衡方程式Tem=T2+T0
电磁转矩Tem的求法
异步电机参数测定
堵转(短路)实验
空载实验
对比变压器的空载实验，异步电机转子侧空载时仍有电流即转子是转动的，因此有机械损耗，转子铜耗(很小）
第七章三相异步电机的电力拖动
电磁转矩的三个表达式及其应用场景
实用表达式中Tm，Sm，S的求法
机械特性
具体含义：额定电压，额定频率，定子与转子不外加电阻，电抗情况下n与Tem的关系或者S与Tem的关系
人为机械特性：分析特性曲线的变化关键在于4个特殊点的变化
降定子电压
定子串电阻和电抗
转子串电阻和电抗等
异步电动机的起动
鼠笼型起动方式
直接起动：起动电流一般为4到7倍的额定电流
定子串电阻或电抗
起动电流和起动转矩与原来的关系
Y-三角形
自耦变压器起动
高启动性能的鼠笼型起动
集肤效应，转子频率越高，电阻越大
绕线型起动方式
转子串电阻分级起动
既能减小起动电流又能增加起动转矩
转子串敏频变阻器起动
两种异步电动机装载负载大小的区别这种区别是什么导致的(起动转矩)
异步电动机的调速
变级调速
改变定子极对数时，必须改变转子极对数，且只用于鼠笼型电机，改变定子绕组接线时必须改变定子绕组的相序
变频调速
恒负载转矩方式
基频往下调
恒功率方式
基频往上调
两种调速方式主磁通的变化
应当注意的是当频率改变后同步转速n1也改变了
变转差率调速
改变定子端电压
这种方式是怎样改变转差率的(恒转矩负载）
这种方式调速的缺点
绕线型转子串电阻
这种方式是怎样改变转差率的(恒转矩负载)
绕线型串级调速
这种方式是怎样改变转差率的
这三种方式的改变，转子转速是怎样变化的
异步电动机的制动
制动方式
改变定子电源相序
转子转速反向
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